«Метаповерхности – это ультратонкие и компактные оптические элементы, которые можно использовать для управления амплитудой, фазой и поляризацией света», – сказал руководитель исследовательской группы Цзяфан Ли из Пекинского технологического института в Китае. «Хотя большинство метаповерхностей статичны и пассивны, мы создали метаповерхности, которые механически деформируются в ответ на электростатические силы."
В журнале Optics Express оптического общества (OSA) исследователи описывают, как они создавали новые метаповерхности, используя наноразмерные техники, вдохновленные киригами, разновидностью оригами, включающей как вырезание, так и складывание. Это позволило им создавать крошечные блоки, которые трансформируются из 2D-конструкций в 3D-структуры при приложении напряжения.
«Мы смогли создать динамический голографический дисплей, используя нашу реконфигурируемую метаповерхность», – сказал Ли. «Эти оптические элементы могут привести к появлению новых типов устройств с оптической многозадачностью и перезаписываемыми функциями. Они также могут использоваться, например, в 3D-дисплеях в реальном времени и проекторах с высоким разрешением."
Спиральные узоры, которые трансформируются из 2D в 3D
Чтобы создать новые метаповерхности, исследователи разработали повторяющийся 2D-узор из двух объединенных спиралей, которые вытравлены на золотой нанопленке и подвешены над столбами из диоксида кремния. Блоки расположены в квадратной решетке с промежутком всего два микрона между ними.
При приложении напряжения спирали деформируются из-за электростатических сил. Это преобразование, которое является обратимым и повторяемым, может использоваться для динамической модуляции оптических свойств метаповерхности.
Исследователи использовали свой новый подход, чтобы создать два типа метаповерхностей для попиксельного управления светом.
Одна метаповерхность использовала одно и то же напряжение для деформации каждого блока, но имела спирали со структурными узорами, которые менялись для создания разной высоты деформации. Вторая метаповерхность использовала разные напряжения, приложенные к каждому блоку, чтобы достичь разной высоты деформации для блоков с идентичными структурными образцами.
В качестве демонстрации концепции исследователи использовали эти метаповерхности, чтобы продемонстрировать управление лучом и создать голографический дисплей. «Мы смогли реконструировать изображения с метаповерхности, просто управляя смещением напряжения, что доказало осуществимость нашей схемы для эффективной модуляции света», – сказал Ли.
Исследователи планируют изучить стратегии, которые можно использовать для достижения пиксельного управления напряжением, например метод многострочной адресации, используемый для одновременного управления несколькими строками на коммерческих OLED-дисплеях.
Чтобы сделать технологию более практичной, они также работают над улучшением отношения сигнал / шум и качества модуляции системы реконфигурации.